Den har tillbringat 40 år med att rosta bort i Arizonas öken, men i oktober 2016 flög den miltals högt över Guam. Martin WB-57F, med en NASA-logotyp på stjärten, klättrade upp i troposfären på ett uppdrag kallat POSIDON, en undersökning av cirrusmoln och andra atmosfäriska fenomen. Den portade mellan 8 och 11 mils höjd och flög runt en tyfon, dök ner i vulkaniska plymer för att studera svaveldioxidgas, mätte molnens täthet och tjocklek och sniffade efter ozonmolekyler.
”Cirrusmoln är inte så välkända”, säger Eric Jensen, atmosfärsforskare vid NASA:s Ames Research Center och en av de ledande forskarna på POSIDON-uppdraget. Dessa strukturer, som bildar städ på åskväder och på högre höjder reglerar mängden vattenånga och andra partiklar som flyter upp i stratosfären, är ”en av de stora osäkerheterna i vår förmåga att förutsäga klimatförändringar…. Så dessa mätningar av molnen, och att förstå hur de bildas och hur de utvecklas, är mycket viktiga för att förbättra de globala modellerna”, säger Jensen.
Västliga Stilla havet är det perfekta laboratoriet för att studera cirrusmoln, särskilt under hösten, när åskväder är ett dagligt inslag och tyfoner kan spinna till liv när som helst. ”Guam ligger mitt i händelsernas centrum”, säger Jensen. Varm, fuktig luft som stiger upp från havet runt ön driver molnen till särskilt höga höjder. Starka vindar skär av molntopparna och bildar de spetsiga cirrus, som är tunna strömmar av iskristaller. Små partiklar – från bitar av havsskum till föroreningar från fabriker som blåst över från Asien – klättrar in i dessa strömmar, där de kan transporteras runt hela planeten.
Den höga höjden på dessa formationer gör dem svåra att studera – de är för höga för att de flesta flygplan ska kunna nå dem med tunga instrument och för låga och vimriga för att satelliterna ska kunna se dem med tillräckligt hög upplösning för att kunna göra noggranna mätningar. Men 2011 fick Jensens team tag på en WB-57, och de höga cirrusarna kom inom räckhåll.
Flygplanet är den sista versionen av B-57-bombaren och har förmågan att bära en tyngre nyttolast till högre höjder än något annat tillgängligt forskningsflygplan. ”Och det är riktigt tåligt, så du kan flyga nära konvektion – dessa stora åskväder – vilket är en turbulent miljö”, säger Jensen. Med WB-57:orna kan forskarna skicka instrument för att ta prover direkt från molnen.
Flygplanet som flög Guam-uppdraget och två andra WB-57:or – alla tre är mer än 60 år gamla – är de enda flygplan av sin typ som är i drift i dag. B-57 kom egentligen till världen som English Electric Canberra, ett brittiskt designat jetdrivet medeltungt bombplan som utformades under andra världskriget, även om det inte gjorde sin första flygning förrän 1949. Ett år senare, när fientligheterna bröt ut i Korea, började den amerikanska militären leta efter en ersättare för Douglas B-26 Invader (som flög under andra världskriget som A-26). Som en del av en demonstration av Canberras lämplighet gjorde det brittiska bombplanet den första flygningen med jetflyg utan bränsle över Atlanten. Detta gjorde att det amerikanska flygvapnet fick jobbet. Glenn L. Martin Company fick licens att bygga den amerikanska versionen, B-57, som gjorde sin första flygning 1953. (Den kom för sent för strid i Korea och skickades dit för att försvara vapenstilleståndet 1953). Även om den amerikanska versionen officiellt släppte ”Canberra”-namnet, hänvisar de flesta fortfarande till flygplanet med det namnet.
NASA:s WB-57:or flyger från Ellington Airport i Houston, inte långt från Johnson Space Center, som en del av byråns höghöjdsforskningsflotta. Enligt Charlie Mallini, som leder WB-57-programmet, intar flygplanet en forskningsnisch. ”Det är ett av NASA:s viktigaste flygplan för atmosfäriskt arbete”, säger han. ”Det finns bara så många flygplan som kan flyga till de höjder som vi flyger till. Och vi kan ta med oss många olika saker – antenner, provsonder och andra nyttolaster.”
NASA:s andra forskningsflygplan på hög höjd, ER-2 (en version av spionflygplanet U-2) och drönaren Global Hawk, flyger minst lika högt som Canberra och har större räckvidd och varaktighet. Men Canberra kan bära tre gånger så mycket nyttolast som ER-2 och mer än fyra gånger så mycket som Global Hawk. Denna kapacitet gör det möjligt för WB-57 att bära mer än två dussin instrument, fördelade på nosen, ett stort nyttolastutrymme, fack i vingarna och vingmonterade kapslar. Canberra är också den enda av de tre forskningsfarkosterna som kan ta med sig en besättningsmedlem i baksätet för att sköta instrumenten och vidarebefordra data till ett team på marken. ”Forskarna kan fatta beslut i realtid för att ändra inriktning på det område de vill åka till”, säger Mallini. ”Det ger dem mycket flexibilitet för att få fram de bästa uppgifterna.”
Mallini gick med i programmet 2011 som ledande ingenjör efter att ha arbetat med NASA:s Constellation-program, det skrotade initiativet att skicka astronauter tillbaka till månen och vidare till Mars. År 2014 blev han projektledare för WB-57-programmet. Han visar upp flygplanet på deras hemmabas, Hangar 990 på Ellington, en före detta flygvapenbas. NASA 927, det flygplan som flög POSIDON-uppdraget, sitter nära hangardörren medan Tom Parent, en av Canberras piloter, instruerar besökande piloter från Naval Test Pilot School om hur det fungerar. (Små grupper av centrets piloter tränar på WB-57F under några dagar varje år, vilket ger dem erfarenhet av flygning på hög höjd). Ett andra flygplan, NASA 928, genomgår ett större underhåll; motorerna har tagits bort och lastutrymmet står öppet och tomt. Den sista medlemmen av flottan, NASA 926, sitter i andra änden av hangaren, omgiven av instrumentbärande pallar och fraktcontainrar fyllda med verktyg, reservdelar och annan utrustning för utplaceringar utanför Houston.
Mallinis laddningar ser ut som flygets motsvarighet till muskelbilar. Deras vingar spänner över 122,5 fot – nästan 20 fot längre än vingarna på en U-2S – vilket ger den lyftkraft som behövs för att nå höjder som kräver tryckdräkter och ger WB-57F sitt smeknamn: den långa vingen. En rejäl Pratt & Whitney TF33-motor, liknande den som används i B-52-bombare, är monterad i mitten av varje vinge och ger flygplanet en dragkraft på 31 000 pund. Den kraften gör starten både högljudd (bullernivåerna i cockpit kan nå 105 decibel) och oroväckande. ”Det är en riktig ögonöppnare, och för en förstagångsflygare är det lite förvirrande”, säger Parent. ”När motorerna går upp till startkraft skakar hela flygplanet så mycket att det är svårt att läsa av motor- och flyginstrumenten.”
Parent är en av fyra piloter för det gamla flygplanet. Han gick med i projektet 2011 efter att ha gått i pension från flygvapnet. Under sin 25-åriga militära karriär tjänstgjorde han som besättningschef för F-111:or, flög sedan B-52:or och slutligen U-2. Parent kallas ”Duster” på grund av den tjocka mustasch (en ”cookie duster”) som han bar under en insats i Afghanistan, och han har gjort mer än 900 av sina nästan 8 000 flygtimmar i Canberra. I cockpit möter Parent och hans medpiloter instrumentering från 1960-talet. (Sensorerna i baksätet har uppdaterats till moderna glasskärmar.) ”Ingenting är automatiserat i cockpit förutom den nya digitala autopiloten”, säger Parent. ”Cockpitskärmarna har förändrats mycket lite sedan planet flögs första gången.”
B-57:orna tjänstgjorde i två decennier, bland annat i strid i Vietnam. I början av 1960-talet fick General Dynamics i uppdrag att konstruera F-modellen för spaning på hög höjd och atmosfärisk observation. WB-57F, som användes av 58th Weather Reconnaissance Squadron i New Mexico, skickades runt om i världen för att spåra spår av atmosfäriska kärnvapentester. De sista militära B-57:orna monterades i malpåse 1974 och ersattes bland annat av den överljudsflygplanet SR-71.
NASA började låna Canberras från flygvapnet på 1960-talet. Efter att modellen hade visat sin användbarhet som forskningsplattform förvärvade byrån två permanent. En av dem tjänstgjorde till en början som spaningsflygplan, inklusive en insats på Rhein-Main Air Base i Tyskland, medan den andra började sitt liv som bombplan och tjänstgjorde i USA. Båda konverterades till RB-57F-modeller ungefär tio år efter att de hade påbörjat sin karriär. ”Historien är en av de fina sakerna med dessa flygplan”, säger Parent. ”Alla tittar på dem och är förvånade över att de fortfarande finns kvar. De flesta av dem finns på museer. Faktum är att vi tittade på museer för vårt senaste flygplan tills vi hittade ett på en kyrkogård.”
Air Force 63-13295, som också var en RB-57F, hade dragit sig tillbaka till Davis-Monthan Air Force Base i Tucson i juli 1972. Den stod där i nästan 39 år och bakade i ökensolen. I maj 2011 kom NASA:s ingenjörer till kyrkogården för att återuppliva den. ”Vi tittade på det arbete som skulle utföras och såg ett behov av ett tredje plan”, säger Mallini. ”Det här var liksom vår sista möjlighet. Planen höll långsamt på att förfalla. Och våra plan började bli gamla. Det är som att ha en försäkring. Och vi har ofta ett plan nere för underhåll, så med det nya planet kan vi fortfarande ha två flygplan tillgängliga.”
Det tog två år att föryngra flygplanet med hjälp av delar från andra skrotade flygplan. (En andra flygplanskropp, som hade drabbats av större skador under sin tid i lager, fungerade som testbädd och hjälpte ingenjörerna att avgöra hur man tar isär och sätter ihop saker och ting innan man använder skiftnycklar eller skruvmejslar på 63-13295.) ”Vi tog ner den till ren metall”, säger Mallini. ”Vingarna sattes upp i jiggar och byggdes om från grunden. Sedan satte vi sakta men säkert ihop den igen.” I augusti 2013 tog NASA 927 med den nya beteckningen upp i luften för första gången på mer än fyra decennier – en av de längsta uppehållen för något flygplan som har skickats till en kyrkogård.
Att hålla tre sexåriga flygplan i luften kan vara tidskrävande. Reservdelar till deras äldre system kan endast hittas på museer och skrotupplag. Skrovet från det flygplan som fungerade som testbädd för NASA 927:s restaurering skickades till exempel till Utah för testning av en uppgradering av en katapultstol. Därefter skickades den till Houston, där NASA:s underhållspersonal tog bort gasreglage och andra spakar, kablar och ”ett antal andra småsaker”, säger Mallini. ”Vi har skrotat så mycket vi kan skrota. Det finns mycket få flygplansspecifika delar att hitta.”
För att göra saken ännu värre är de ursprungliga tekniska ritningarna ibland ofullständiga eller obefintliga. Som ett resultat av detta måste teamet ibland göra omkonstruktioner av komponenter och tillverka dem för hand eller med 3D-skrivare. Vissa system är omöjliga att justera och återskapa. Det gällde bland annat den analoga autopiloten från 1960-talet, som använde vakuumrör – föremål som du inte kan hitta på din lokala Fry’s eller till och med på Amazon. ”Vi hade folk som letade på Internet efter rör”, säger Alyson Hickey, chefsingenjör för Canberra-programmet. ”Till slut bytte vi ut hela apparaten mot en modern digital autopilot.” Dessutom har programmet bytt ut katapultstolarna mot en modell som används på F-16, uppgraderat landningsstället och installerat ett nytt satellitkommunikationssystem.
Canberra-programmet hjälper till att betala notan för dessa omfattande modifieringar och reparationer genom att flyga instrument åt andra statliga myndigheter, den akademiska världen och den kommersiella sektorn. För tio år sedan var en av de bästa kunderna försvarsdepartementet, som bokade flygplanet i veckor i taget för sitt Battlefield Airborne Communications Node-program. Canberra hade med sig utrustning som omvandlade den till en ”universell översättare”. Flygplan och andra tillgångar som använder inkompatibla kommunikationssystem kunde använda Canberra för att prata med varandra. Med NASA-logotyperna övermålade skickades flygplanen till Afghanistan från och med 2008, där de utförde 50 uppdrag. Utlandsinsatserna upphörde 2012, då rollen togs över av andra flygplan, men WB-57:orna genomför fortfarande utvecklingstester för programmet i USA.
Det mesta av Canberras dagliga arbete är dock att bedriva luftburen vetenskap. Det är det idealiska flygplanet att beställa när en ovanlig uppgift dyker upp. I augusti 2017, till exempel, observerade två WB-57:or som flög med cirka 80 mils mellanrum nästan åtta minuter av den totala solförmörkelsen längs solens bana över USA. Mer typiskt sett studerar WB-57:orna luften. Under stormsäsongen 2015 åkte en Canberra på uppdrag över fyra formationer: Orkanen Joaquin och den tropiska stormen Erika i Atlanten och orkanerna Marty och Patricia i Stilla havet. Den flög på 60 000 fot eller högre och följde figur-4- och andra mönster som förde den direkt över centrum av varje storm en till tre gånger per flygning. ”Vi behövde aldrig oroa oss för att någon skulle säga ’den orkanen är för hög för att flyga över'”, säger Daniel J. Cecil, forskare vid NASA:s Marshall Space Flight Center i Alabama och huvudansvarig för ett av instrumenten för stormövervakning.
För ett experiment släppte flygplanet över 800 små sonder, så kallade dropsonder, i de fyra stormarna, var och en av dem var lite kortare och bredare än ett pappershandduksrör. Under den 10 till 15 minuter långa nedstigningen sände de tillbaka till flygplanet vindhastighet och vindriktning, lufttemperatur och lufttryck, luftfuktighet och havsytans temperatur samt GPS-bestämd höjd. I ett andra experiment användes mikrovågor för att mäta vindhastigheten vid havsytan. ”Det är svårt att få en direkt mätning över öppet hav, särskilt när ytan rörs om av vindar som blåser i 160 km/tim”, säger Cecil. ”Och instrumenten på satelliterna bländas av regnet, eller så kan de inte upplösa vindhastigheterna.” Cecils instrument mäter den ökade mikrovågsstrålning som avges av det tjocka havsskummet som sparkas upp; strålningens intensitet anger hastigheten på den ytvind som skapar den.
”Patricia var den mest intressanta stormen”, säger Cecil. ”Under loppet av ungefär en dag exploderade den från en tropisk storm till den starkaste orkan som någonsin uppmätts i den här delen av världen. Vid en passage över centrum mätte vi hela ögat och ögonväggen. Vi fick några riktigt bra, detaljerade provtagningar.”
Det kanske mest ambitiösa atmosfäriska uppdraget var dock POSIDON, Guamprojektet från 2016. (Uppdragets namn är en förkortning för Pacific Oxidants, Sulfur, Ice, Dehydration, and cONvection). Det var utformat för att belysa fysiska och kemiska processer nära tropopausen, gränsen mellan atmosfärens nedersta skikt, troposfären, och nästa skikt högre upp, stratosfären. ”De cirrusmoln som bildas där fungerar som en sista ”frystorkning” av luften på dess väg till stratosfären, men detaljerna i processen är komplicerade”, säger Troy Thornberry, forskare vid University of Colorado Boulder som arbetar med National Oceanic and Atmospheric Administration, och som var huvudansvarig för flera av POSIDON-instrumenten. ”Historiskt sett har klimatmodellerna ignorerat stratosfären eftersom vi trodde att det inte fanns något intressant där uppe”, säger han. ”I takt med att fler modeller blev mer detaljerade har det dock blivit tydligt att det finns luckor i vår kunskap om stratosfären som vi bör ta itu med.” Det är också i detta övergångsområde som partiklar som aerosoler kan föras in i stratosfären och sedan cirkla runt jorden och sprida solljus och leda till att ozonet förstörs. Thornberry och andra försöker förstå de processer som verkar i stratosfären nu, innan mänsklig verksamhet förändrar dem ytterligare.
För att genomföra dessa studier gjorde flera dussin forskare, ingenjörer, piloter och tekniker den 7 500 mil långa resan från Houston till Guam. Hangarerna på Andersen Air Force Base höll på att byggas om, så flygplanet – NASA 927 – delade en underhållshangar med United Airlines på Guams internationella flygplats, där flygbolagets besättning ofta bjöd in vetenskapsteamet till sina lunchbufféer.
Under tre veckor på ön genomförde teamen nio vetenskapliga flygningar. ”Det var ett utmanande uppdrag, främst på grund av värmen”, säger Tom Parent, som var pilot för flera av flygningarna. ”Man blev så varm och så uttorkad att när man väl kom upp i luften var man lite nedsliten. Sedan flög man i ungefär sex timmar och var tvungen att spara bensin när man kom tillbaka till en ö utan många alternativ till omvägar, vilket var lite oroväckande.”
Under många av uppdragen flög flygplanet nära stora konvektiva stormceller och steg från 43 000 fot till 60 000 fot och tillbaka igen för att samla in prover. Vid två flygningar studerade Canberra utflödet från tyfonen Haima, och vid sin sista flygning dök det ner i moln av vulkaniska gaser från öar i Papua Nya Guinea för att ta prover på svavelföreningar. Under några av flygningarna studerade ballonglanserade instrument samma område på himlen som NASA 927, vilket gav en kontroll av uppgifterna från dess nyttolast.
Instrumentgrupper övervakade flygningarna från United Hangar och använde sig av vädersatellitbilder för att styra flygplanet till de bästa platserna för provtagning. ”Det var mycket interaktivt”, säger Eric Jensen. ”Våra flygvägar varierade nästan hela tiden för att få fram de mest intressanta uppgifterna.” Jensen har deltagit i luftburna vetenskapliga projekt sedan mitten av 1990-talet och han kallar POSIDON ”en av de bästa kampanjerna under min karriär”. Jag kan inte säga tillräckligt mycket gott om . De var mer än villiga att lyfta och landa i regnskurar, vilket ER-2 är ovillig att göra och Global Hawk inte ens överväger. Den var helt enkelt idealisk för jobbet.” Jensen föreslår uppföljningsuppdrag för att studera förhållandena runt Japan, utanför Afrikas kust och i Arktis. ”Det kommer att hjälpa oss att få en fullständig bild av hur aerosoler fördelas globalt”, säger han.
Men Canberras har redan haft långa karriärer, och hur mycket längre de kommer att fortsätta att vara flygdugliga är inte säkert. Särskilt en stor teknisk utmaning hotar. Alla de stora, originalbearbetade delarna i vingarna på NASA 926 och 928 är tillverkade av en aluminiumlegering som kallas 7079-T6. När flygplanen tillverkades ”var det materialet – det var ett fantastiskt material”, säger Kevin Krolczyk, förste ingenjör för WB-57. ”Flera år senare fick man dock reda på att det har dåliga spänningskorrosionsegenskaper – det är mycket känsligt för spänningskorrosionssprickor.” Alla spänningar, inklusive vingarna som ”hänger” när flygplanet står på marken, förvärrar problemet. ”Ingen använder det nu. Men vi kan inte göra det eftersom hela strukturen är gjord av det materialet”, säger Krolczyk. Underhållspersonalen inspekterar vingarna rutinmässigt, och teamet har bytt ut några mindre bitar av stommen – ungefär 10 till 15 procent totalt. (Eftersom teamet ändå var tvunget att i stort sett bygga om NASA 927 tog de tillfället i akt att utrusta den med nya vingar). ”Vi inspekterar mycket och har bra reparationsförfaranden, men så småningom kommer det inte att räcka”, säger Krolczyk. ”Frågan är om det är om två eller 20 år. Det är verkligen svårt att säga.”
Charlie Mallini säger att det ändå inte finns någon anledning att oroa sig. Han tillägger att den vetenskap som de tillhandahåller är väl värd besväret att behålla dessa flygplan långt efter den dag då resten av deras sortiment läggs i träda. ”Vi kommer att fortsätta”, säger han. ”Det finns inga planer på att pensionera dessa flygplan”…igen, alltså. Arizona kommer att få vänta ett tag på att NASA 927 ska slå sig ner igen i boneyard. Det har en orkan att flyga igenom.
Prenumerera på Air & Space Magazine nu
Denna berättelse är ett urval från oktober/novembernumret av Air & Space magazine
Köp